Расшифровка «кода слуха»

Новые открытия раскрывают, как работает наш слух

Наш слух по-прежнему остается загадкой для науки. Исследователи из Нью-Йорка и Гёттингена обнаружили ранее неизвестный механизм разделения функций и повышения эффективности работы мозга.

Наш слух круглосуточно выполняет точную работу, и до сих пор до конца не изучены все детали того, как именно протекают процессы слуха. Мы знаем, что звук, подобно цепной реакции, проходит путь от наружного уха до слухового нерва. При этом наша ушная раковина действует как воронка, которая улавливает звуковые волны и передаёт их на барабанную перепонку. Эта тонкая плёвка передаёт колебания на слуховые косточки: молоточек, наковальню и стремечко. На этих самых маленьких и тонких косточках человеческого тела звук усиливается, чтобы он мог пройти через заполненные жидкостью извилины улитки до так называемой базилярной мембраны. Именно здесь находятся чувствительные волосковые клетки, которые преобразуют акустические сигналы в электрические импульсы. Эти нервные импульсы слуховой нерв передаёт в слуховой центр головного мозга, который расшифровывает эти стимулы.

Краткий обзор

• Ушная раковина — это часть нашего органа слуха, открытая наружу, которая, подобно звуковому воронке, улавливает шумы, звуки и речь. Уникальные выпуклости и впадины этой эластичной хрящевой структуры образуют акустические резонаторы, которые приводятся в колебание.
• Эти колебания передаются через наружный слуховой проход к барабанной перепонке.
• К наружному уху также относятся ушной хрящ и мочка уха.
• Барабанная перепонка и слуховые косточки — молоточек, наковальня и стремечко — относятся к среднему уху.
• Оно соединяется через круглое окно с внутренним ухом, основными компонентами которого являются улитка и орган равновесия.

Как полушария нашего мозга взаимодействуют при слуховом восприятии

Но как же наш мозг расшифровывает импульс, поступающий от слухового нерва? Этим вопросом занималась группа ученых из Медицинской школы Нью-Йоркского университета. Неврологи обнаружили, что обе полушария нашего мозга делят между собой функции слуха. Клинические наблюдения XIX века уже показали, что повреждения левого полушария мозга влияют на обработку речи. Если же повреждено только правое полушарие, это не оказывает негативного влияния на слух и понимание слов. С тех пор выдвигались различные гипотезы о том, как правая и левая полушария мозга распределяют между собой функции речи и понимания речи. Американская группа исследователей решила выяснить, какие именно процессы происходят в нашем мозге, с целью разработки новых методов лечения речевых нарушений.

Левое полушарие воспринимает низкие и высокие частоты, правое — высокие и низкие

Для этого в ходе серии исследований учёные манипулировали записями речи и измеряли мозговую активность. Результат: при слушании обе полушария мозга выполняют одновременно происходящие, но разные задачи. В то время как левая половина измеряет, как звуки меняются во времени — например, при более медленной или быстрой речи, — правая половина сосредоточена на изменениях высоты тона. Это не только открывает совершенно новые перспективы в понимании фундаментальных механизмов восприятия речи, но и указывает на новые способы лечения нарушений слуха.

Как акустические сигналы поступают в нервный путь

Кроме того, ученые из Гёттингенского университета под руководством профессора Тобиаса Мозера исследовали, как акустические сигналы преобразуются в нервные сигналы, чтобы в конечном итоге достичь мозга. При этом они не только опровергли прежние предположения, но и доказали уникальную эффективность нашего слуха. Однако это стало возможным только благодаря тому, что ученые в ходе сложной процедуры еще более усовершенствовали особо точный метод измерения, известный как нанофизиология. С помощью этого чрезвычайно сложного метода измерения исследователи смогли измерить мельчайшие функциональные единицы клеток внутреннего уха. В ходе этого они сделали революционное открытие и опровергли существовавшее до сих пор представление о нашем слухе.

Глутамат связывает между собой слуховые клетки

Преобразование звукового сигнала в нервный импульс происходит между волосковыми клетками и клетками слухового нерва во внутреннем ухе. В синапсах, соединяющих эти нервные клетки, высвобождаются микроскопические пузырьки. Эти так называемые синаптические везикулы заполнены нейромедиатором глутаматом и передают информацию от одной нервной клетки к другой. До сих пор ученые полагали, что при каждом процессе восприятия звука высвобождается несколько таких везикул. Однако недавние измерения, проведенные учеными из Гёттингена, показали, что при умеренной громкости звука достаточно одной везикулы, чтобы преобразовать акустическую информацию в нервный сигнал. Таким образом, исследователи расшифровали элементарный пакет данных нашего слуха и сделали большой шаг вперед в понимании того, как мы слышим. В то же время они доказали, что наш слух работает чрезвычайно эффективно.

Подтверждена уникальная эффективность нашего слуха

Однако эта эффективность, которая, по словам гёттингенских исследователей, является уникальной в природе, имеет свою цену: чтобы клетки слухового нерва могли столь эффективно использовать высвобождение медиатора глутамата, они должны быть чрезвычайно чувствительными. Если выделяется слишком много этого нейромедиатора, чувствительные клетки могут получить непоправимый ущерб. Так может произойти, если мы подвергаем наши уши слишком сильному звуковому давлению. Экстремальный шум может разрушить чувствительные волосковые клетки вследствие перевозбуждения глутаматом, в результате чего они перестают преобразовывать акустические сигналы в нервные импульсы и передавать их слуховому нерву. Пострадавшие ощущают это в виде снижения слуха. Поэтому, с одной стороны, рекомендуется защищать уши от шума или вообще не подвергать их длительному воздействию шума, например, при слишком громком прослушивании музыки в наушниках. С другой стороны, нам следует регулярно проверять слух у аудиолога, чтобы своевременно противодействовать снижению слуховой способности с помощью ношения слуховых аппаратов.

Как искусственный интеллект помогает в понимании речи

Новые научные данные показывают, что слух и мозг вместе совершают настоящие подвиги. Новые технические возможности искусственного интеллекта (ИИ) могут многогранно поддерживать это уникальное взаимодействие у людей с нарушениями слуха. Так, Мортен Колбек из Центра обработки акустических сигналов (CASPR) Университета Ольборга в Дании разработал алгоритм, который помогает пользователям слуховых аппаратов безупречно понимать речь в шумной обстановке. В данном случае ИИ на основе нескольких тысяч примеров записей голоса с фоновым шумом и без него учится выделять голос из шумного фона так, чтобы он оставался разборчивым. Этот алгоритм имитирует взаимодействие мозга и слуха. Благодаря ему пользователи слуховых аппаратов могут лучше справляться с акустически сложными ситуациями.

Уже сейчас существуют слуховые аппараты, которые с помощью ИИ адаптируют настройки звучания и управление микрофонами к конкретной слуховой ситуации. В зависимости от того, находится ли пользователь на переполненном вокзале и пытается разобрать объявление по громкой связи, или сидит дома в тихой гостиной, слуховые аппараты автоматически настраиваются так, чтобы обеспечить оптимальное восприятие звука. При этом ИИ учится правильно оценивать новые ситуации на основе различных профилей шума.

Можете ли вы хорошо слышать и понимать речь даже в шумной обстановке? Узнайте это и пройдите прямо здесь короткий онлайн-тест слуха. Вы сразу получите первые сведения о состоянии вашего слуха.